Steuervorrichtung für den elektrischen Antrieb einer Uhr, insbesondere einer Armbanduhr Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für den elektrischen Antrieb einer Uhr, insbesondere einer Arm banduhr, bei der ein elektrisches Geberelement durch ein Zwischenglied abhängig von der Winkelstellung des Gangreglers kurzzeitig mechanisch beeinflusst den Steuerimpuls für einen Antrieb auslöst.
Bei derartigen bekannten Steuervorrichtungen sind bisher als Geber mechanische Kontakte oder elektro magnetische bzw. elektrodynamische Geber verwendet worden. Geber mit mechanischen Kontrakten und einem Verschleiss unterworfen. Ferner sind sie einer Korrosion ausgesetzt, somit schwankt der Kontaktübergangswider stand über einen grossen Bereich. Bei elektromagneti schem bzw. elektrodynamischem Geber muss ein Dauer magnet verwendet werden. Wird dieser auf den Gang regler gesetzt, dann können Fremdfelder die Genauigkeit des Gangreglers stdrend beeinflussen.
Durch eine auf den Gangregler gesetzte Spule mit oder ohne Eisenkern werden die die Schwingungsdauer ergebenden Grössen, nämlich das Trägheitsmoment und die Rückstellkon stante, massgeblich bestimmt durch die Spule und durch die den Spulenanschlüssen dienenden spiralförmeigen Fe dern. Die Erfüllung von elektrischen und mechanischen Aufgaben von hohem Schwierigkeitsgrad in ein und demselben Bauteil führt zu technologischen, fertigungs technischen und reguliertechnischen Schwierigkeiten. Ausserdem liefern diese bekannten Steuervorrichtungen langandauernde Steuerimpulse.
Die daraus gewonnen mechanischen Antriebsimpulse liegen bei vielen bekann ten Anordnungen unsymmetrisch zur Nullage oder au sserhalb der Nullage des Gangreglers.
Bekannt sind auch Steuervorrichtungen für Uhren, bei denen ein mechanisches Organ mit einer niedrigen Frequenz schwingt und einen Steuerimpuls bewirkt, der verstärkt wird und seinerseits das schwingende Organ betätigt. Dabei nimmt das schwingende Organ seine Ruhelage zwischen zwei Polen ein. Es schwingt im Betrieb in beiden Richtungen über diese Nullage hinaus, wobei in der einen Richtung ein Piezokristall einer Biegebe anspruchung unterworfen wird, während in der andern Richtung das Organ nach Massgabe der Konstanten einer Feder ausschwingt.
Es liegt nun im spezifischen Charakter solcher An ordnungen, dass die beulen Amplituden des Organs zwangläufig sehr verschieden gehalten werden müssen, da die kinetische Energie des Organs im einen Drehsinn als potentielle Energie in der Feder und im andern Dreh sinn grösstenteils als potentielle Energie im biegsamen und einen grossen Elastizitätsmondul aufweisenden Piezokristall gespeichert wird, ohne dass die Feder im letztgenannten Fall wesentlich gespannt wird.
Ein weiterer Grund, weshalb die Amplitude der den Piezoquarz deformierenden Schwingungsphase kurz ge halten werden muss, liegt in der elektrischen Schaltung der magnetischen Elemente solcher Anordnungen. Im Zeitpunkt des Drehsinnwechsels des Organs, während der Piezoquarz deformiert ist, wird dem Organ über die Pole ein auf magnetischen Kräften beruhendes Dreh moment erteilt, das am wirksamsten ist, wenn das Organ nur geringfügig aus der Nullage geschwenkt ist.
Dadurch, dass bei solchen Vorrichtungen die eine Schwingungsafnplitude 'in systembedingter Weise klein gehalten werden muss, wind die Ganggenauigkeit einer entsprechend ausgerüsteten Uhr erheblich vermindert.
Ein weiterer Nachteil solcher Vorrichtungen liegt in der Tatsache, dass die eine Schwingungsamplitude des Organs im wesentlichen durch den Elastizibätsmodul des Piezoquar.zes bestimmt wird. Der Elastizitätsmodul von Piezoquarzen variiert aber stark mit der Temperatur und ist auch von andern Einflüssen abhängig.
Auch dieses Merkmal ist geeignet, die Ganggenauigkeit einer entsprechend ausgerüsteten Uhr zu vermindern. Ein weiterer Nachteil solcher Steuerungen liegt darin, dass im Augenblick, wo das Piezoplättchen auf Biegung beansprucht wird, eine entsprechende Reak tionskraft auf die Unruheelle ausgeübt wird, die relativ gross ist, weil die in diesem Zeitpunkt vorhandene kine tische Energie vollständig und innerhalb eines Bruchtei les der Schwingungszeit in im gebogenon Piezoplättchen gespeicherte potentielle Energie übergeht.
Diese grossen Reaktionskräfte begründen grosse Lagerbeanspruchun gen und einen entsprechenden Lagervorschleiss, was wiederum einen negativen Einfluss auf die Ganggenauig keit der Steuervorrichtung bewirkt.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung einer Steuervorrichtung für den elek trischen Antrieb einer Uhr, deren Ganaggenauigkeit lage- und umgebungsunabhängig ist und deren Störungsan fälligkeit reduziert ist.
Deshalb besteht eine Aufgabe, die auf Grund dieser Erfindung gelöst wird, in der Schaffung einer Steuer vorrichtung, bei der die Schwingungsamplitude des Gangreglers praktisch unabhängig vom zu deformieren den Geberelement sind.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch ge löst, dass das einen Spitzendruck auf das als ein passi ves Geberelement in Form eines Mehrschicht-Halblei terelement ausgebildete Geberelement ausübende Zwi schenglied und der Gangregler bei gleichbleibender Schwingungsvorrichtung des Gangreglers in und ausser Eingriff miteinander gelangen.
Vorzugsweise wird das Druckglied des Gebers nur in einer Bewegungsrichtung des Gangreglers von die sem an den Geber gedrückt. Damit wird erreicht, dass der Geber, wie gewünscht, nur einen Steuerimpuls pro Schwingung des Gangreglers liefert, und zwar, wie an gestrebt, beim Nulldurchgang des Gangreglers.
Als druckempfindlicher Geber ist ein Mehrschicht- Halbleiterelement verwendet. Der Effekt, dass ein Mehr schicht-Halbleiterelement unter Druckeinfluss seine Leit fähigkeit ändert, ist bekannt und z. B. in Proceedings Inst. Rad. Eng., Oct. 1962, Seite 2106 beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher be schrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschema zur Erläuterung der grund sätzlichen Wirkungsweise eines elektrisch erregten Schwingers, wie er unter anderem auch in Armband uhren als Gangregler verwendet wird, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfin dungsgemässen Anordnung zur elektronischen Erregung eines Unruhgangreglers, Fig. 3a und 3b eine erste Ausführung einer erfin dungsgemässen Steuerrichtung, in zwei verschiedenen Stellungen, Fig. 4 eine andere Ausführungsform, mit, welcher besonders kurze Steuerimpulse erzeugt werden können, Fig. 5 eine Schaltung eines dem Geber nachgeschal teten Transistorverstärkers.
Im schwingenden Zustand veranlasst der elektrisch gesteuerte Gangregler 1 (vgl. Fig. 1) innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs die Steuereinrichtung 2 zur Abgabe eines elektrischen Impulses. Die Antriebsein richtung 3, welche mit einer Energiequelle 3' in Ver bindung steht, wandelt den ihr zugeführten Steuerim puls in einen auf den Gangregler einwirkenden mecha nischen Antriebsimpuls um. Der Energieinhalt des An triebsimpulses reicht zur Deckung der Schwingungsver- luste aus, so dass der Gangregler im schwingenden Zu stand bleibt.
Bei der erfindungsgemässen Steuervorrichtung nach Fig. 2 ist der Unruh-Gangregler 1 um die Achse 4 drehbar gelagert. Die Steuervorrichtung enthält den auf der Unruh 1 sitzenden Steuerstift 7, das Druckglied 8 rund den druckempfindlichen Geber 11 mit den An schlüssen 15, 16 und 17, die dem Emitter-Basis- und Kollektoranschluss eins Transistors entsprechen. Drückt die Steuerspitze 12 des um die Achse 9 schwenkbaren Druckgliedes 8 unter der Einwirkung der Feder 10 auf den Geber 11, so ist die Strecke zwischen Emitter 15 und Basis 16 leitend, die Spannungsdifferenz zwi schen diesen beidn Elektroden liegt also unter der Schwellspannung, die den Transistor leitend macht. Die Strecke zwischen Emitter 15 und Kollektor 17 ist dem nach gesperrt. Der Steuerimpuls entstsht dadurch, dass der Steuerstift 7 mit Hilf des Druckgliedes 8 die Steuerspitze 12 kurzzeitig abhebt.
Das Verhalten des Transistors ist während dieser Zeitdauer durch die ver wendete Emitterschaltung gegeben, d. h. durch den Ba sisvorwiderstand 18 wird ein Basisstrom gezogen, der den Transistor zwischen Emitter und Kollektor leitend macht und somit einen Strom vom Kollektor 17 über die Antriebsspule 20 zum Minuspol der Batterie 22 fliessen lässt. Das dabei von der Spule 20 im Joch 21 erzeugte Magnetfeld wirkt über den ferromagnetischen Anker 5 auf die Unruh 1.
Erfindungsgemäss sind das Druckglied 8 und bzw. oder der Steuerstift 7 so ausgebildet, dass die Unruh 1 den Geber 11 nur in einer Schwingungsrichtung zu be- aufschlagen vermag. In der anderen Schwingungsrich tung wird die Druckübertragung durch ein elastisches Glied verhindert.
Gegenüber einem zweimaligen Antrieb je Schwingungsdauer lässt sich bei einzm einmaligen Antrieb der durch die Entnahme des Steuerimpulses bedingte Arbeitsverlust kleiner halben. Ausserdem wird dabei auch der Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung 3 erhöhet, was sich auf die Lebensdauer der Batterie. gün- stfg auswirkt.
Die genauere Ausführung einer Steuervorrichtung wird in Fig. 3a und 3b gezeigt. Die um die Drehachse 4 schwingende Unruh 1 trägt eine Feder 26 sowie die Federgegenla@ge 25.
Entsprechend Fig. 3a hebt bei links- schwingond-er Unruh 1 das federnde Druckglied 8 die Feder 26 von ihrer Gegenlage 25 ab;
der Geber 11 wird also nicht betätigt. Schwingt dagegen die Unruh, wie in Fig. 3b angedeutet, nach rechts, so bleibt die Feder 26 an ihrer Auflage 25 liegen, so dass die Feder 26 das federnde Druckglied 8 anhebt, welches nun über die Druckspitze 12 den Druckfühler 11 betätigt.
Als Geber 11 kann auch eine druckempfindliche Diode (Zweischichtelement) verwendet werden, die im Gegen satz zum Transistor bei Druckeinwirkung leitend wird. Die Steuervorrichtung muss folglich bei der Verwendung einer Diode so beschaffen sein, dass zum Zeitpunkt der Impulsgabe das Halbleiterbauteil einem Druck ausgesetzt wird.
Die Dauer des S1,1; uerimpulses kann extrem kurz ge halten werden, wenn das Druckglied 8, wie in Fig. 4 gezeigt, die während des Hubes s aufgespeicherte poten- tielle Energie am Ende des Hubes s plötzlich in kine tische Energie umwandelt und diese über die Druck spitze 12 dem Geber<B>11</B> zuführt.
Die am Druckglied 8 befestigte Prellmasse 29 erhöht den Wirkungsgrad der Energieübertragung. In Reihe mit den Anschlüssen 27 und 28 der als Geber 11 verwendeten Diode liegen die Batterie und die Antriebsspule.
Zur Verstärkung des Steuerimpulses kann ein Tran sistorverstärker nach Fig. 5 verwendet werden. Hierbei bildet der Geber 11 zusammen mit dem Widerstand 32 einen Spannungsteiler, an dem die Basis des Transistors 31 liegt. In druckfreiem Zustand ist die Diode als Geber sehr hochohmig, so dass Basis und Emitter etwa gleiches Potential haben und über den Kollektor kein Strom fliessen kann. Wird dagegen der Geber 11 einem Druck ausgesetzt, so sinkt sein Widerstand auf einen Wert, der in der Grössenordnung des Widerstandes 32 liegt, der Geber 11 zieht also einen Basisstrom, der den Transistor 31 leitend macht, wodurch ein Strom über den Kollektor, den Stellwiderstand 23 und die Spule 20 zum Minuspol der Batterie 22 fliesst. Am Stell widerstand 23 kann die Schwingamplitude eingestellt werden.
Control device for the electric drive of a watch, in particular a wristwatch The invention relates to a control device for the electric drive of a watch, in particular a wristwatch, in which an electrical transmitter element temporarily mechanically influences the control pulse for a drive through an intermediate member depending on the angular position of the gear regulator triggers.
In such known control devices mechanical contacts or electro-magnetic or electrodynamic sensors have been used as sensors. Encoders with mechanical contracts and subject to wear and tear. They are also exposed to corrosion, so the contact transition resistance fluctuates over a large area. A permanent magnet must be used for electromagnetic or electrodynamic sensors. If this is set on the gear regulator, external fields can have a lasting effect on the accuracy of the gear regulator.
With a coil placed on the regulator with or without an iron core, the variables that determine the period of oscillation, namely the moment of inertia and the restoring constant, are largely determined by the coil and the spiral-shaped springs used for the coil connections. The fulfillment of electrical and mechanical tasks with a high degree of difficulty in one and the same component leads to technological, manufacturing and regulatory difficulties. In addition, these known control devices deliver long-lasting control pulses.
In many known arrangements, the mechanical drive pulses obtained from this are asymmetrical to the zero position or outside the zero position of the gear regulator.
Control devices for clocks are also known in which a mechanical organ vibrates at a low frequency and causes a control pulse which is amplified and in turn actuates the vibrating organ. The vibrating organ assumes its rest position between two poles. During operation, it oscillates beyond this zero position in both directions, with a piezo crystal being subjected to bending stress in one direction, while in the other direction the organ swings out according to the constants of a spring.
It is in the specific nature of such arrangements that the bulging amplitudes of the organ must inevitably be kept very different, since the kinetic energy of the organ in one sense of rotation as potential energy in the spring and in the other sense of rotation largely as potential energy in the flexible and a piezo crystal having a large elasticity module is stored without the spring being significantly tensioned in the latter case.
Another reason why the amplitude of the oscillation phase deforming the piezo quartz must be kept short is the electrical circuitry of the magnetic elements of such arrangements. At the time of the change in direction of rotation of the organ, while the piezo quartz is deformed, the organ is given a torque based on magnetic forces via the poles, which is most effective when the organ is only slightly pivoted from the zero position.
Because the one oscillation amplitude in such devices must be kept small in a system-related manner, the accuracy of a suitably equipped watch is considerably reduced.
Another disadvantage of such devices lies in the fact that the one oscillation amplitude of the organ is essentially determined by the elasticity module of the piezo quartz. The modulus of elasticity of piezo quartz crystals varies greatly with temperature and is also dependent on other influences.
This feature is also suitable for reducing the accuracy of a suitably equipped watch. Another disadvantage of such controls is that at the moment when the piezo plate is subjected to bending stress, a corresponding reaction force is exerted on the restless body, which is relatively large because the kinetic energy present at this point in time is complete and within a fraction the oscillation time changes into potential energy stored in the bent piezo plate.
These large reaction forces give rise to large bearing demands and a corresponding bearing pre-wear, which in turn has a negative effect on the accuracy of the control device.
One purpose of the present invention is to create a control device for the electric drive of a clock, the accuracy of which is independent of position and environment and the susceptibility to disturbances is reduced.
Therefore, there is an object, which is achieved on the basis of this invention, in the creation of a control device in which the vibration amplitude of the gear regulator are practically independent of the deforming the transmitter element.
According to the invention, this object is achieved in that the intermediate member exercising a peak pressure on the transducer element, which is designed as a passive transducer element in the form of a multilayer semiconductor element, and the gear regulator come into and out of engagement with one another while the vibration device of the gear regulator remains the same.
Preferably, the pressure member of the encoder is only pressed in one direction of movement of the gear regulator by the sem to the encoder. This ensures that the transmitter delivers, as desired, only one control pulse per oscillation of the gear regulator, namely, as aimed at, when the gear regulator crosses zero.
A multilayer semiconductor element is used as the pressure-sensitive transducer. The effect that a multi-layer semiconductor element under the influence of pressure changes its Leit ability is known and z. B. in Proceedings Inst. Rad. Eng., Oct. 1962, page 2106.
The invention will be described in more detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. 1 shows a block diagram to explain the basic mode of operation of an electrically excited oscillator such as is also used in wristwatches as a rate regulator, FIG. 2 shows a schematic representation of an arrangement according to the invention for the electronic excitation of a balance regulator, FIG. 3a and 3b show a first embodiment of a control device according to the invention, in two different positions, FIG. 4 shows another embodiment with which particularly short control pulses can be generated, FIG. 5 shows a circuit of a transistor amplifier connected downstream of the transmitter.
In the oscillating state, the electrically controlled gear regulator 1 (cf. FIG. 1) causes the control device 2 to emit an electrical pulse within a certain angular range. The drive device 3, which is connected to an energy source 3 ', converts the control pulse supplied to it into a mechanical drive pulse acting on the gear regulator. The energy content of the drive impulse is sufficient to cover the vibration losses so that the regulator remains in the vibrating state.
In the control device according to the invention according to FIG. 2, the balance-gear regulator 1 is mounted rotatably about the axis 4. The control device contains the control pin 7 sitting on the balance wheel 1, the pressure member 8 around the pressure-sensitive transmitter 11 with the connections 15, 16 and 17, which correspond to the emitter-base and collector connection of a transistor. Presses the control tip 12 of the pivotable pressure member 8 about the axis 9 under the action of the spring 10 on the transmitter 11, the distance between the emitter 15 and base 16 is conductive, the voltage difference between these two electrodes is below the threshold voltage that the Makes transistor conductive. The path between emitter 15 and collector 17 is blocked. The control pulse arises from the fact that the control pin 7 briefly lifts the control tip 12 with the aid of the pressure member 8.
The behavior of the transistor during this period is given by the emitter circuit used, i.e. H. A base current is drawn through the base resistor 18, which makes the transistor conductive between the emitter and collector and thus allows a current to flow from the collector 17 via the drive coil 20 to the negative pole of the battery 22. The magnetic field generated by the coil 20 in the yoke 21 acts on the balance wheel 1 via the ferromagnetic armature 5.
According to the invention, the pressure member 8 and / or the control pin 7 are designed in such a way that the balance wheel 1 can only act on the transmitter 11 in one direction of oscillation. In the other direction of oscillation, the pressure transmission is prevented by an elastic member.
Compared to a double drive per period of oscillation, the loss of work caused by the removal of the control pulse can be reduced by half with a single drive. In addition, the efficiency of the drive device 3 is increased, which affects the life of the battery. has a favorable effect.
The more detailed design of a control device is shown in FIGS. 3a and 3b. The balance wheel 1 swinging about the axis of rotation 4 carries a spring 26 and the spring counter-bearing 25.
According to FIG. 3a, with a left-swinging balance wheel 1, the resilient pressure element 8 lifts the spring 26 from its counter-support 25;
the transmitter 11 is therefore not actuated. If, on the other hand, the balance wheel swings to the right, as indicated in FIG. 3b, the spring 26 remains on its support 25 so that the spring 26 lifts the resilient pressure member 8, which now actuates the pressure sensor 11 via the pressure tip 12.
A pressure-sensitive diode (two-layer element) can also be used as the transmitter 11, which, in contrast to the transistor, becomes conductive when pressure is applied. When a diode is used, the control device must consequently be designed in such a way that the semiconductor component is subjected to pressure at the time the pulse is generated.
The duration of the S1.1; uerimpulses can be kept extremely short if the pressure member 8, as shown in FIG. 4, suddenly converts the potential energy stored during the stroke s into kinetic energy at the end of the stroke s and this via the pressure peak 12 to the transmitter <B> 11 </B>.
The impact mass 29 attached to the pressure member 8 increases the efficiency of the energy transfer. The battery and the drive coil are in series with the connections 27 and 28 of the diode used as transmitter 11.
A transistor amplifier according to FIG. 5 can be used to amplify the control pulse. Here, the transmitter 11 together with the resistor 32 forms a voltage divider to which the base of the transistor 31 is connected. When not under pressure, the diode as a transmitter has a very high resistance, so that the base and emitter have approximately the same potential and no current can flow through the collector. If, on the other hand, the transmitter 11 is subjected to pressure, its resistance drops to a value that is in the order of magnitude of the resistor 32, the transmitter 11 thus draws a base current that makes the transistor 31 conductive, causing a current to flow through the collector, the variable resistor 23 and the coil 20 flows to the negative pole of the battery 22. The oscillation amplitude can be adjusted at the control resistor 23.